輕薄、容量大、使用壽命長,這些都是鋰離子電池的突出特性。正因如此,鋰離子電池才迅速替代了鎳氫、鎳鎘電池的角色,成為筆記本電腦等便攜式產品優選的續航設備。近段時期,連續曝出的筆記
本電池爆炸事件,將筆記本電池一次次推向了風口浪尖,用戶也為此心有余悸,鋰離子電池到底是動力之源還是定時炸彈?
尋究電池著火之謎 一般來說,目前的筆記本鋰離子電池組本身都具備較為完善的保護功能。它不僅僅由串/并聯的多個電芯組成,本身還包含兩種電路基板模塊:保護電路基板(Protection PCB)
模塊及Smart Battery Gauge Board 模塊,其一整套的電池保護設計包括第一級保護IC(防止電池過充、過放、短路)、第二級保護IC(防止第二次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調節等部件。 在多
級保護機制下,即使是在電源充電器、筆記本電腦出現異常的情況下,筆記本電池也只能轉為自動保護狀態,如果情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會發生爆炸。面對筆記本電池發生爆
炸的嚴重事實,記者請教了電化專業人士以及某知名廠商的設計工程師。
據分析,鋰離子電池爆炸無外乎由短路或過充引起,最大的可能性一種是鋰離子電池在制造時,因為制造工藝本身的紕漏,而使產品存在著隨時可能發生的安全隱患,比如應當絕緣的兩極之間出現
了金屬粉塵或銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜,造成微短路等。前者情況最為嚴重,將直接造成短路并大量產熱,導致部分電解液汽化,將電池外殼撐大。除此之外,還有一種比較特殊的情況,電源充電器
或者筆記本電腦因為特殊原因,瞬間向鋰離子電池提供高電壓/強電流導致的嚴重過充,如充電電壓由12.6V突然升到12.9V甚至更高,這時會有一個高充電流產生,電池內部電路應動作切斷充電電流,但
由于部分鋰離子電池的充電過電壓、過電流保護功能設計很弱,這可能導致電池的保護IC損壞,從而使筆記本電池使去保護功能而受損,過充后極片上遍布針狀鋰金屬結晶,刺穿點導致多處微短路,造
成電池溫度逐漸升高,直至最終電池爆炸、著火的現象發生,這是目前很多筆記本電池“惹火”的主要原因。加罩一層保護傘目前,從電池保護機制上看,電池組前面的充電部分,傳統芯片廠商提供的
方案大多都是起到精確控制充電電壓和充電電流的作用,在過電壓和過電流控制方面并沒有提供相應的解決方案。這樣,對電池組的保護就完全依賴于電池本身,如過充保護,過放電保護,過充電流保
護,過放電流保護,過熱保護等等。 保護到位需要防止因第一級保護IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障,所以,第二級保護IC一般會被認為是是電池組保護的最后防線。對此,凹凸電子(O2
Micro)產品經理洪仕振表示了不同看法,他認為,對于電池組的保護完全可以前移,通過對充電器附加控制功能,來實現偵測并控制對電池組的充電動作,這無疑會進一步提高保護級別,對保障鋰離子
電池使用安全至關重要。
為此,在O2 Micro針對便攜設備電源管理開發的Cool Charge解決方案當中,融合了一項名為Cool Battery Technology的電池保護技術,它的最大特色就是擁有傳統充電器一般所不具備的OVP(過電
壓保護)和OCP(過電流保護)兩大電池保護功能,這項技術已經被嵌入Cool Charge IC芯片當中。 采用Cool Charge IC芯片之后,電源充電器將在很大程度上承擔起電池保護的責任。受該Cool
Charge IC控制的充電器與傳統設計相比,所需要的外部器件明顯減少,省去了Q3與Q4部分的設計,降低了故障率。在保留下來的Q1與Q2(元件改進了原有設計)之間,Cool Charge IC設置了一個偵測點,
通過出廠設定,該偵測點的電壓與電流設置均略小于電池廠商設定的安全規格。這樣,在充電電壓或電流超出了Cool Charge IC設置的安全電壓或電流值之后,IC就控制Q2斷開,先電池保護作用之前就
切斷充電;從偵測頻率來看,電池保護的偵測時間間隔為毫秒等級,而通過芯片偵測,則可以很容易實現百萬分之一秒的等級,可以用極高的頻率連續偵測,從而實現了先一步保護電池組的目的。